Heinrich Hertz kimdir, hayatı, buluşları, fiziğe katkıları, eserleri
Heinrich Rudolf Hertz, 22 Şubat 1857 – 1 Ocak 1894) Alman fizikçidir. elektromanyetik dalgaların varlığını kesin olarak ispatlayan bilim adamıdır. James Clerk Maxwell’in elektromanyetik ışık teorisini ispatlamıştır. Saniyedeki frekans çevrimi birimi, onuruna “hertz” olarak isimlendirildi.
Heinrich Rudolf Hertz, 1857 yılında Hamburg’da doğdu. Babası Gustav Ferdinand Hertz (1827-1914) bir avukattı, senatördü. Annesi Anna Elisabeth Pfefferkorn’du.
Hamburg’daki Gelehrtenschule des Johanneums’da bilim üzerine öğrenim görürken Hertz, Arapça ve Sanskritçe dillerini de öğrendi. Dresden, Münih ve Berlin şehirlerinde Gustav R. Kirchhoff ve Hermann von Helmholtz’dan fen, fizik ve mühendislik eğitimleri aldı. 1880 yılında Hertz, Berlin Üniversitesinden doktorasını aldı ve sonraki üç yıl boyunca Helmholtz’un asistanlığını yaparak doktora sonrası eğitimini sürdürdü. 1883’te Hertz, Kiel Üniversitesi’nde teorik fizikte öğretim görevlisi olarak çalışmaya başladı. 1885 yılında Hertz, Karlsruhe Üniversitesi’nde profesör oldu.
1886’da Hertz, Karlsruhe’de geometride öğretim görevlisi olan Dr. Max Doll’un kızı Elisabeth Doll ile evlendi. Kızları, Johanna, 20 Ekim 1887’de doğdu ve Mathilde, 14 Ocak 1891’de doğdu ve ünlü bir biyolog oldu. Bu süre zarfında Hertz, hayatının dönüm noktası olan araştırması elektromanyetik dalgalar ile ilgili çalışmaya başladı.
Hertz, Ocak 1894’den Nisan 1889’a kadar Fizik Profesörü olarak Bonn’daki Fizik Enstitüsü’nün yöneticiliğini yaptı. Bu süre zarfında “Die Prinzipien der Mechanik in neuem” adlı kitabında yayınlanan çalışmalarıyla teorik mekanik üzerine çalıştı. 1894 yılında ölümünden sonra yayınlanan Zusammenhange dargestellt (Yeni Bir Formda Sunulan Mekanik İlkeleri) kitabı yayınlandı.
Meteoroloji Çalışmaları
Hertz, meteorolojiye derin bir ilgi duydu; Wilhelm von Bezold (Münih Politeknik’te bir laboratuar dersinde 1878 yazında profesör olan) ile beraber meteoroloji üzerine çalışmalar yaptı. Hertz, sıvıların buharlaşması, yeni bir higrometre türü ve tabi tutulduğunda nemli havanın özelliklerini belirleyen grafiksel araçlar üzerine makaleler yazdı.
Temas mekaniği
1886-1889’da, Hertz, temas mekaniği alanına ilişkin iki makale yayınladı. Temasın temel doğası ile ilgili birçok yazı, iki önemli belgeyi kaynak olarak göstermiştir. Joseph Valentin Boussinesq, Hertz’in çalışması üzerine bazı önemli gözlemler yayınladı, Temas mekaniği üzerine kurduğu bu gözlem muazzam bir öneme sahip oldu. Esas olarak, eserinde temas eden iki aksi simetrik nesnenin yük altında nasıl davranacağını özetlemektedir, klasik elastikiyet teorisi ve süreklilik mekaniğine dayanan sonuçlar elde etmiştir.
Teorisini geliştirmek için Hertz, kürenin uyguladığı basıncın eliptik bir dağılımı izlediğini varsaymak için bir mercek üzerine bir cam küre yerleştirdikten sonra oluşan eliptik Newton halkalarını gözlemlemişti. Kürenin objektife yaptığı yer değiştirmeyi hesaplarken deneyleriyle teorisini doğrularken Newton halkalarının oluşumunu tekrar kullandı. K. L. Johnson, K. Kendall ve A. D. Roberts (JKR) 1971’de yapışma durumunda teorik yer değiştirme veya girinti derinliğini hesaplarken bu teoriyi temel olarak kullandılar. Hertz’in teorisi, materyallerin yapışmasının sıfır olduğu varsayıldığında formülasyonundan çıkarılır. Ancak bu teoriye benzer şekilde, farklı varsayımlar kullanan B. V. Derjaguin, V.M. Muller ve Y.P Toporov, 1975 yılında, araştırma topluluğunda DMT teorisi olarak bilinmeye başlanan ve sıfır yapışma varsayımıyla Hertz formülasyonlarını elde eden bir başka teori yayınladılar. Bu DMT teorisi, JKR teorisine ilaveten başka bir materyal temas teorisi olarak kabul edilmeden önce, çok erken ve bazı değişiklikler yapılması gerektiğini kanıtladı. Hem DMT hem de JKR teorileri, tüm geçiş temas modellerinin dayandığı temas mekaniğinin temelini oluşturur ve nano çekme ve atomik kuvvet mikroskobunda materyal parametre tahmininde kullanılır. Bu nedenle, Hertz’in öğretim görevlisi olarak yaptığı araştırmaları, karakteristik ayıklığı ile önemsiz saydığı elektromanyetizma üzerine yaptığı büyük çalışmalardan önce, nanoteknoloji çağına kadar inmiştir.
Elektromanyetik dalgalar, Radyo Dalgaları
Hertz’in 1879’da, Helmholtz’un önerisiyle, doktora tezini, ışık hızında hareket eden elektromanyetik dalgaların varlığını öngören Maxwell’in elektromanyetizma teorisini test etmeye ve ışığın kendisinin böyle bir dalga olduğunu öngörerek hazırladı. Aynı yıl Helmholtz, Prusya Bilimler Akademisi’nde Maxwell teorisi yalıtkanların kutuplaşması ve depolarizasyonunda elektromanyetik bir etkiyi kanıtlayabilene “Berlin Ödülü” nü vereceğini açıkladı. Helmholtz, Hertz’in ödülü kazanacan en olası aday olduğundan emindi. Deneysel olarak bunu test etmek için bir cihaz yapmanın hiçbir yolunu bulamayan Hertz, deney yapmanın çok zor olduğunu düşünerek ve bunun yerine elektromanyetik indüksiyon üzerinde çalıştı. Hertz, Kiel’deki zamanında Maxwell denklemlerinin bir analizini yaptı. Yaptığı analiz, yaygın olan “uzak mesafedeki eylem” teorilerinden daha geçerli bir hale geldi.
1886 sonbaharında Hertz, Karlsruhe’de profesör olduktan sonra, bobinlerden birinin bir Leyden kavanozu boşaltması diğer bobinde bir kıvılcım üreteceğini fark ederek bir çift Riess sarmalı ile deney yapıyordu. Bu deney Hertz’e, Maxwell’in teorisini ispatlamaya yönelik bir aparatın nasıl kurulacağına dair bir fikir verdi. Bu fikir artık, 1879 “Berlin Ödülü” problemini çözmeye devam etmenin bir yoluydu. Ruhmkorff bobinle sağlanan kıvılcım aralığı ve bir metre teli bir radyatör olarak kullandı. Devre rezonans ayarlamaları için uçlarda kapasite küreleri mevcuttu. Alıcısı, elemanlar arasında mikrometre kıvılcım aralığı bulunan basit bir yarım dalga dipol antendi. Bu deney, çok yüksek frekans aralığında şimdi radyo dalgaları olarak adlandırılan manyetik dalgaları üretti.
1886-1889 yılları arasında Hertz, gözlemlediği etkileri Maxwell’in tahmin ettiği elektromanyetik dalgaların sonuçları olduğunu kanıtlayacak bir dizi deney yaptı. Kasım 1887’de “İzolatörlerdeki Elektriksel Arızalarla Üretilen Elektromanyetik Etkiler Üzerine” başlıklı makalesi ile Hertz, Berlin Akademisi’ndeki Helmholtz’a bir dizi yazı gönderdi. 1888’de elektromanyetik dalgaların serbest uzayda belirli bir mesafede sonlu bir hızda hareket ettiğini kanıtladı. Kullanılan cihazda, elektriktromanyetik alanlar tellerden enine dalgalar olarak uzaklaşacaktı. Hertz, duran dalgaları üretmek için osilatörü bir çinko yansıtma plakasından yaklaşık 12 metre uzakta tutmuştu. Her dalga yaklaşık 4 metre uzunluğunda idi. Zil dedektörünü kullanarak, dalganın büyüklüğü ve bileşen yönünün nasıl değiştiğini kaydetti. Hertz Maxwell’in dalgalarını ölçmüş ve bu dalgaların hızının ışığın hızına eşit olduğunu göstermiştir. Dalgaların elektrik alanı yoğunluğu, polaritesi ve yansıması da Hertz tarafından ölçüldü. Bu deneyler ışığın ve bu dalgaların Maxwell denklemlerine uyan bir elektromanyetik radyasyon şekli olduğunu tespit etmiştir. Hertz ayrıca, çeşitli araçlar vasıtasıyla dalga cephesi yayılımı yapan “Hertz konisi” nden bahsetti.
Hertz, radyo dalgası deneylerinin pratik önemini o zaman fark edemedi. Deneyi ve keşfi ile ilgili;
Bu, Maestro Maxwell’in haklı olduğunu kanıtlayan bir deneydir – Çıplak gözle göremediğimiz gizemli elektromanyetik dalgalarımız var … göremesekte orada varlar.
Hertz, keşfinin uygulama alanı ve nasıl kullanılacağı ile ilgili soruya;
Hiçbir şeyde, hiçbir yerde sanırım.
cevabını vermiştir.
Hertz’in havaya yayılmış elektromanyetik dalgaların varlığının kanıtı sonrası dalgalar, 1910 yılına kadar “Hertz dalgaları” olarak adlandırıldı. Günümüzde “radyo dalgaları” terimi kullanılıyor. Oliver Lodge, Ferdinand Braun ve Guglielmo Marconi gibi araştırmacılar, iletişim sistemlerinde ilk kablosuz telgraf ve radyoyu icat ettiler. 10 yıl içinde radyo dalgaları kullanarak radyo yayıncılığına ve daha sonra televizyon yayıncılığı yapmaya başladılar. Bugün radyo dalgaları, küresel telekomünikasyon ağlarında ve modern kablosuz cihazların altında yatan iletim ortamının vazgeçilmez teknolojisidir.
Fotoelektrik Etki
Hertz, şarjlı bir nesne üzerine ultraviyole ışık (UV) tutukduğunda, nesnenin şarjını daha hızlı kaybettiğini fark ederek fotoelektrik etkinin (daha sonra Albert Einstein tarafından açıklanmıştır) oluşturulmasına yardım etmiştir. 1887’de, Annalen der Physik dergisinde elektromanyetik (EM) dalgaların fotoelektrik etkisini, üretimini ve alımını gözlemleyen bir yazı yayınladı. Fakat fotoelektrik etki olayının üzerinde fazla durmadı.
Katot ışınları
1892’de Hertz katot ışınları ile deney yapmaya başladı. Katot ışınlarının çok ince metal folyoya (alüminyum gibi) nüfuz edebileceğini gösterdi. Heinrich Hertz’in öğrencisi Philipp Lenard, bu “ışın efektini” daha da araştırdı. Katot tüpünün bir versiyonunu geliştirdi ve röntgen ışınlarının çeşitli materyallere nüfuz etmesini inceledi. Philipp Lenard, X-ışınları ürettiğinin farkında değildi. Hermann von Helmholtz, X ışınları için matematik denklemleri formüle etti. Röntgen’in keşfedilmesinden ve duyurulmasından önce bir dağılım teorisini ortaya attı. Bu elektromanyetik ışık teorisinin temelini oluşturulmuştur. Bununla birlikte, gerçek anlamda X-ışınlarıyla çalışma yapmadı.
Ölümü – Heinrich Rudolf Hertz neden öldü?
1892 yılında Hertz’e bir enfeksiyon hastalığı teşhisi kondu. Hastalığının yanında şiddetli migren ağrıları çekiyordu. Tedavisi için bir kaç operasyon geçirdi fakat başarılı olmadı. 1894’te Almanya’nın Bonn kentinde 36 yaşında Wegener Granülomatozisi (Kan damarlarının iltihabına neden olan nadir bir hastalık ) nedeniyle öldü ve Hamburg’daki Ohlsdorf Mezarlığı’nda gömüldü. Hertz’in eşi Elisabeth Hertz Né Doll (1864-1941) bir daha evlenmedi.
Onurları, Ödülleri
Heinrich Hertz’in yeğeni Nobel ödüllü Gustav Ludwig Hertz’in oğlu Carl Helmut Hertz, tıbbi ultrasonu icat etti. Kızı Mathilde Carmen Hertz, tanınmış bir biyolog ve karşılaştırmalı psikologdu. Hertz’in yeğeninin oğlu Hermann Gerhard Hertz, Karlsruhe Üniversitesi’nde profesördü, NMR spektroskopisinin öncülerindendi ve 1995’te Hertz’in laboratuvar notlarını yayınladı.
1930’da Uluslararası Elektroteknik Komisyonu tarafından, tekrarlanan bir olayın saniyede kaç kez meydana geldiğini gösteren bir sıklık birimine onun adı olan Hertz (Hz) verildi. 1960’da CGPM (Conférence générale des poids et mesues) tarafından kabul edildi ve resmi olarak önceki adın “saniyede dönüşüm sayısı” (cps) yerine geçti.
1928’de Bugün Fraunhofer Telekomünikasyon Enstitüsü olarak bilinen Heinrich Hertz Enstitüsü, HHI Berlin’de kuruldu..
1969’da (Doğu Almanya) bir Heinrich Hertz anma madalyası çıkarıldı. 1987’de kurulan IEEE Heinrich Hertz Madalyası, “her yıl kuramsal ya da deneysel başarılar için bir kişiye sunulan Hertz dalgalarındaki olağanüstü başarılar için” verilmektedir.
Ay’ın uzak tarafında, bir kratere, onun adı verildi. Rusya’nın Nizhny Novgorod kentinde bulunan radyo elektroniği ürünleri pazarına Hertz ismi verildi. Şehrin ünlü oğlu olarak Hamburg’daki Heinrich-Hertz-Turm radyo telekomünikasyon kulesi onun adına dikildi.
Hertz, bilim insanları da dahil olmak üzere önde gelen insanlar için çok sayıda onur katmanı bulunan Kutsal Hazine Düzenine üye yapıldı ve dünyanın öbür ucu olan Japonya’da da onurlandırıldı.
Heinrich Hertz, II. Dünya Savaşı sonrası dönemlerde Alman pullarında yer aldı, daha sonra dünyanın çeşitli ülkelerinde pullara resmi basılarak onurlandırıldı.
Google, 2012’deki doğum gününde ana sayfasında bir Google doodle’u ile Hertz’i onurlandırdı.